不同控制策略下混合多端直流输电的交流故障响应对比

混合多端直流输电综合利用常规直流和柔性直流输电的优点,是一种新型直流输电解决方案。基于PSCAD/EMTDC平台建立了并联型混合三端直流系统详细的电磁暂态模型,实现了混合三端直流输电。然后提出了两种混合多端直流控制策略,分别是逆变站定电压和整流站定电压,研究了两种控制策略下系统运行点的变化。最后基于混合三端直流系统模型仿真验证了两种策略的有效性,对比分析了多端直流输电系统的交流故障响应特性。     

基于限流电抗电压积分值的环状柔性直流配电网保护方案

直流故障电流上升速度快,故障影响范围广,传统的交流故障检测方法不再适用。为此,基于系统复频域模型提出一种基于直流线路限流电抗电压积分值的多端直流环网故障快速检测方法。首先,详细分析了多端环状柔性直流配电网中各元件的时域和复频域等效模型。在此基础上,给出了限流电抗电压的计算方法,其实现了系统等效模型在时域和复频域上的转化,求解简单,建模难度低,且对不同系统的建模有普适性。其次,提出一种基于限流电抗电压积分值的故障检测方法,其抗噪能力强且具有一定的耐受过渡电阻能力。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,验证了所提计算方法的正确性和保护方案的可行性。     

基于暂态高频能量的多端直流系统故障检测方法

直流线路故障的快速隔离是电压源换流器型多端直流输电系统面临的一个重大挑战。首先提出了一种适用于电压源换流器型多端直流系统故障暂态电流计算的高频等效模型,以简化故障分析。分析表明,在故障初始瞬间,故障线路电流的高频成分远小于健全线路电流的高频成分。提出了一种利用单端暂态高频电流的故障检测方法,该方法对采样频率要求较低,具有良好的耐过渡电阻能力。数值暂态仿真验证了高频等效模型和保护方法的有效性。     

基于时频谱的混合直流输电线路保护方法

随着输电系统容量的增加与多落点负荷的需求,输电线路不再仅仅是两端的传输,换流站也不仅仅是单一的类型,混合多端直流输电系统是一种必然的趋势。然而,现有的传统和柔性直流输电线路的保护方法不能直接应用在混合多端直流输电系统。针对混合多端直流输电系统特殊的结构和较高的速动性要求,文章提出一种基于单端时频谱暂态电气量的混合直流输电线路保护方法。首先,利用接地极电流与稳态电流相比较,根据电流变化量积分值方向构成选极元件,依据电流时频谱分量所占比重构成区内外识别的判据。最后参考某实际工程在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型进行理论验证。依据仿真结果,所提的保护方法可以准确识别区内外故障,选择故障极,具有耐受过渡电阻及噪声干扰的能力。     

基于CSC和VSC的混合多端直流输电系统及其仿真

研究了一种新型混合多端直流输电系统,其换流器可以分男由电压源换流器(VSC)和电流源换流器(CSC)构成,各个换流器之间以并联方式连接.为验证该直流输电模式的有效性和可行性,建立了一个混合三端直流输电系统仿真模型,包含1个电流源整流器、1个电流源逆变器和1个电压源双向换流器,并分别设计了2种控制策略.当采用第1种控制策略,即电流源整流器采用定电流控制,电流源逆变器采用定电流控制,电压源双向换流器采用定直流电压控制和定交流电压控制时,混合多端直流输电系统在启动、稳态运行、直流和交流故障等情况下具有良好的运行特性,不失为一种有效的直流输电模式,能够综合利用常规直流输电和轻型直流输电各自的优点,有效扩展常规直流输电系统的适用范围.     

高压直流断路器系统开断条件仿真研究

为分析高压直流断路器在实际高压直流输电系统中的各种故障情况及其开断条件,笔者利用PSCAD/EMTDC仿真软件,根据高压直流输电系统的结构和控制方式,搭建了背靠背高压直流输电系统仿真模型。仿真研究了单端高压直流输电系统不同位置发生单相、异相、三相及直流母线短路等故障情况下的暂态特性。仿真结果表明,该仿真模型有很好的动态响应特性,能够有效模拟单端高压直流输电系统的各种短路情况。同时,结合高压直流系统的控制方式对各种短路情况进行了研究分析,找出了在系统中对高压直流断路器的开断较为苛刻的情况。经过参数分析得到了各种不同故障情况下对直流断路器的开断影响较大的故障电流峰值、最大故障电流上升率等系统参数。从而为多端高压直流输电网络建模分析、高压直流断路器型式试验及其标准的制定、高压直流断路器的发展提供借鉴。     

基于数值拉普拉斯逆变换的MMC-HVDC故障电流计算

对模块化多电平换流器型高压直流输电 (MMC-HVDC)系统的故障暂态分析是保护策略精细化设计和设备参数选取的重要依据。为真实反映故障后架空线路上电流行波过程,有必要在分析中引入传输线分布参数模型。首先,对故障阶段的MMC进行合理等效;然后,在复频域下建立直流系统故障等值电路,采用节点分析法求解故障电流,并通过数值拉普拉斯逆变换(NILT)将复频域中获得的分析结果转换为时域响应;最后,将基于NILT的计算结果与电磁暂态仿真结果进行对比验证。结果表明：所提方法具有较高精确度,可以有效反映故障行波的传播特性,对MMC-HVDC系统的保护设计具有积极意义。     

基于暂态电流相关系数的混合多端高压直流输电线路保护

混合多端高压直流输电系统结合了传统高压直流输电与柔性直流输电技术的优势,在降低经济成本的同时可实现大容量功率输送、故障穿越与抑制换相失败等功能,是未来电网发展的重要趋势之一。但是混合多端直流输电系统拓扑相对复杂,且全控型电力电子设备耐过流能力较弱,即故障后需保护装置快速可靠地识别故障区间。因此,提出一种基于暂态电流故障分量相关系数的混合多端高压直流输电线路保护策略,只须测量T接汇流母线3个端口各自的暂态电流故障分量并计算相关系数即可准确识别故障区间。仿真结果表明,所提保护方案无需通信,保护装置能在1 ms内动作,能耐受300 Ω过渡电阻与20 dB白噪声的干扰,可较好地满足混合多端高压直流输电系统的保护需求。     

MMC-MTDC系统单极接地故障电流计算方法

直流线路单极接地故障是基于模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)的多端直流(multiterminal high voltage direct current,MTDC)输电系统最常见的故障类型,分析其故障电流暂态特性对于故障类型的判断、保护配置的设计、系统参数的优化具有较大的工程意义。提出了一种适用于MMC-MTDC输电系统处于单极接地故障下,故障电流的计算方法。首先完整分析了多端直流系统单极接地故障演化机理;然后对单个换流站进行简化等效,进而将多端直流系统简化为RLC等效电路;根据基尔霍夫定律推导出故障前系统的状态方程;故障发生后,通过修改故障前状态方程中的状态变量及系数矩阵,用微分方程数值解的方法求解状态方程,进而求得故障电流。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件上,搭建了三端MMC直流输电模型,仿真结果验证了故障电流计算方法具有较高的精确度。     

基于改进时域法的多端MMC-HVDC故障电流计算

为解决基于模块化多电平换流器 (modular multilevel converter,MMC) 的柔性直流输电 (high voltage direct current,HVDC) 故障电流解析计算精度不足的问题,提出一种计及远端站影响的多端MMC-HVDC故障电流改进时域求解法。首先,在分析故障后子模块电容放电路径的基础上,推导换流站等效电容值等系统参数,建立MMC-HVDC系统故障后网络等效模型。其次,将直流电网各换流站解耦,以故障后各支路电流近似解为初值,逐次修正计及远端站影响的多端MMC-HVDC线路等效电阻及等效电感,得到多端MMC-HVDC系统中各支路的故障电流值。最后,基于RT-LAB仿真平台搭建四端柔性直流电网模型,对故障电流计算值与详细电磁暂态仿真结果进行对比。结果表明,所提故障电流求解方法能够准确、有效地计算出多端MMC-HVDC短路故障后各支路电流值,最大误差小于5%。     

并联型多端混合高压直流线路故障区域判别方法

对于并联型多端混合高压直流输电系统,直流线路故障区域的判别对于最小限度地隔离故障从而提高直流系统的可用度具有重要意义。为此,针对并联型多端混合高压直流输电系统中换流站并联接入这一特有结构,分析了其对故障暂态行波的影响。研究表明,并联接入的换流器对中低频段的故障行波有大幅削减。因此,利用小波变换对暂态电流进行分析,提出了基于T区两侧暂态电流能量差的故障方向判别原理,进而利用各换流站故障方向信息确定故障区域。最后,建立了四端混合高压直流输电系统的PSCAD/EMTDC仿真模型,验证了所提方法的正确性和有效性。     

无源负荷侧无功功率快速供给的VSC-MTDC系统故障穿越协调控制

考虑到无源负荷对电压变化敏感,同时交流故障期间直流电压会出现大幅波动,研究了向无源负荷供电的基于电压源型换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)系统交流故障穿越策略,提出了一种故障穿越协调控制方法：受端站在满足无功优先的原则下,依据交流电压跌落情况直接计算电流指令,仅采用电流内环控制以实现对无源负荷侧无功功率的快速供给,为负荷侧交流电压的恢复提供无功支持;为与受端站协调,连接电网的送端站也切换至快速电流控制,故障电流指令值由直流电压变化大小和方向直接计算得到,并满足多端VSC-MTDC系统的I-V下垂特性,以优先保证VSC-MTDC系统的有功需求,快速实现系统功率平衡,减小故障期间直流电压的波动幅度。在MATLAB/Simulink中搭建了向无源负荷供电的三端VSC MTDC系统模型,仿真结果表明所提协调控制策略能够提高无源负荷的故障穿越能力,实现VSC MTDC系统的稳定运行。     

多端柔性直流配电网接地方式设计

多端柔性直流配电网是柔性直流输电技术与配电网相结合的新型应用形式,该配网技术采用多端电压源换流器构建跨台区低压直流互联系统,利用优化下垂控制实现台区间基于配电变容比(容量比例)的自适应潮流转供。针对所采用的电压源换流器,推导出其稳态零序等效电路,并得出零序入地电流的计算式。通过分析电压源变流器直流侧不同接地方式下稳态零序入地电流、交流侧滤波器不同接地方式下滤波效率及交流滤波器共模电压,提出直流侧不接地、交流滤波器直接接地具有较优的稳态运行特性。基于PSCAD/EMTDC建立了4台区等值配电网的多端柔性直流配电网电磁暂态模型,以交流阀侧单相接地故障及直流侧单极接地故障为典型暂态故障场景,对比分析了不同接地方式下的交/直流侧故障电流水平、直流母线电压波动及故障电压恢复特性等暂态特性,结论验证了所选接地方式同时具有优越的暂态故障特性。     

多端直流输电系统中限流电抗器配置研究

多端直流电网的故障暂态发展极快,因此在实际工程中一般需要配置限流电抗器来抑制故障电流的上升。但是,限流电抗器的配置在限制故障电流的同时,也会对非故障的部分产生影响,因此文中对多端直流输电系统中限流电抗器的配置进行了研究。建立了多端直流输电系统的故障计算模型,并给出了包含断路器各动作阶段的系统状态量的计算方法;分析了多端直流输电系统中限流电抗器的配置需要考虑的问题;以四端直流输电系统为例,针对不同的限流电抗器配置情况下的直流系统故障过程进行了仿真计算,并根据计算结果分析了限流电抗器对系统最大故障电流、换流站闭锁情况、直流母线过压情况和过电流衰减时间等问题的影响。     

多端柔性直流输电故障特征仿真分析

电压源变换器的高压直流输电技术具有有功、无功功率的独立调节,不需要无功补偿设备以及易于构建多端直流输电系统等特点,使其在近年来得到了快速发展和广泛应用。基于PSCAD/EMTDC电磁暂态软件建立了中压四端VSC-MTDC系统仿真模型,对直流系统单极接地、双极故障、断线故障和交流系统单相接地、相间短路以及三相短路进行了仿真研究,通过对仿真得到的直流电压、电流以及有功功率等故障数据进行分析,得出其故障特征,为多端柔性直流输电保护装置的研制提供了丰富翔实的仿真数据。     

基于逆变侧定电压控制的HVDC系统稳态和暂态响应特性研究

为测试逆变侧采用定电压控制和定关断角控制对直流输电系统稳态和暂态性能的影响,在CIGRE高压直流标准测试模型原有控制系统中增加了定电压控制模块,即整流侧采用定电流控制,逆变侧采用定电压、定电流和定关断角控制相互配合的控制方式。在PSCAD/EMTDC仿真平台中对其整流侧和逆变侧三相短路故障下的控制器特性进行了稳态及暂态仿真分析,并与相应的CIGRE标准模型暂态响应特性进行了对比。结果表明逆变侧增加定电压控制方式能够提高直流输电系统在交流故障扰动下的性能,减少换相失败的发生几率。     

适用于海上风场并网的混合多端直流输电技术研究

针对海上风电并网的需求,提出了采用VSC换流器连接海上风场和弱受端交流系统,LCC换流器连接较强交流系统的混合多端直流输电系统拓扑结构,并对一个混合5端直流输电系统进行了详细研究。分析了5个换流器的电压电流控制特性,设计了直流系统控制策略,研究了系统在风速波动、逆变侧VSC和LCC分别出现三相短路故障以及直流线路故障时系统的动态响应特性,仿真结果表明所提出的混合多端直流输电系统具有较好的运行特性,可以适应海上风电并网的需求。     

计及汇流母线行波特性的三端混合直流系统行波解析方法

三端混合直流输电系统区别于两端直流系统,由于两段参数各异的线路通过汇流母线连接换流站,因此当故障行波经过汇流母线时将产生复杂的折反射而出现畸变,而现有的两端直流系统行波解析方法因未计及该特性而不适用。文中计及汇流母线的行波特性,搭建了三端混合直流输电系统的行波解析等值模型;在此基础上推导出故障初始行波、线路传播衰减与畸变系数以及汇流母线和换流站的行波折射系数的复域表达式,从而构建各换流站测点故障行波的复域模型。提出了三端混合直流输电系统的复域与时域、模量与极线量的行波解析计算方法。然后,基于所提方法对三端混合直流线路的行波保护进行定值整定计算与灵敏度分析。最后,采用PSCAD构建三端混合直流系统的电磁暂态仿真模型,通过大量电磁暂态仿真验证了所提方法的正确性与高计算效率。     

PSD-BPA暂态稳定程序中的新直流输电准稳态模型

为适应大量直流输电工程投产的需要,为电网运行和规划设计等部门提供准确的分析研究手段,对暂态稳定程序中的两端直流输电模型进行深入研究,改进了直流输电系统的模拟方法。在国内广泛应用的PSD-BPA暂态稳定程序中增加一组新的直流输电控制系统模型。新模型中的定电流、定熄弧角、定电压等控制采用参数和特性易于调节的比例积分模块,电流定值计算、低压限流、逆变侧换相失败等主要环节的模拟与实际系统特性更为相近。仿真结果表明,与国内程序原有的直流输电模型相比,新模型能更准确地模拟直流输电系统的动态行为,提高暂态稳定仿真的准确度。     

混合多端直流输电系统的损耗优化控制

为解决混合多端直流输电系统采用下垂控制时,不能在任意功率下运行在最优工作点的问题,提出了损耗优化控制策略。此控制策略分为两层:上层为优化控制,根据混合多端直流输电系统不同的注入功率计算下垂控制参数;底层为下垂控制,以实现对功率变化的快速调节。此控制策略在实现混合多端直流损耗最小的同时,也考虑了电网换相换流器逆变站最小熄弧角的限制,因而实现了混合多端直流输电系统的稳定与经济运行。为验证所提控制策略的有效性,建立了混合六端直流输电系统模型,首先根据提出的优化算法计算了此模型的稳态优化结果,然后在PSCAD/EMTDC中进行了仿真验证。在功率波动、通信故障情形下的仿真结果表明,所提损耗优化控制策略的降损效果与理论计算结果一致,并且满足系统约束,使混合多端直流输电系统不仅在送端功率变化时有良好的损耗优化效果,而且在通信故障时仍然能保持稳定运行。